KR101177127B1 - 기판의 제조 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

진공 처리 공정에서, 처리 결과물의 규정된 2차원적 평면 분포를 갖는 기판의 표면을 실현하기 위해, 불균질한 밀집 분포된 플라즈마(5)가 발생되며 이것은 규정된 동작으로 기판(9)에 대해 상대적으로 동작한다.
진공처리, 스퍼터링, 증착, 플라즈마, 기판

Description

기판의 제조 방법 및 이를 위한 장치{METHOD FOR THE PRODUCTION OF A SUBSTRATE AND UNIT FOR THE SAME}
본 발명은 기판의 마그네트론 스퍼터링 증착 시 나타나는 요구를 충족시키기 위하여 출발하였다. 하지만 본 발명에서 얻은 해결방법은 진공처리 공정으로 처리된 기판표면을 위해 일반적으로 적용되는 것으로 나타났다.
본 발명과 관련해 진공 처리 공정 및 기판에 미치는 그 효과란 다음과 같은 공정으로 이해한다.
a) 반응성 또는 비반응성 플라즈마 식각에서와 같이 플라즈마를 통해 기판 표면에서 재료를 제거하는 공정,
b) 예를 들어 기판 표면 재료의 후산화(after-oxidation)와 같은 반응성 플라즈마 후처리에서 기판 상의 재료가 변하는 공정
c) 반응성 또는 비반응성 플라즈마 화학기상 증착법(CVD)을 통해 재료가 기판 표면에 증착되는 과정. 고체상 재질의 재료가 공정 분위기에 노출되고 직접 또는 가스와 반응한 후에 기판 표면에 증착된다면, 고체상으로 이루어진 전술한 재료 의 노출이, 고체상이 단 하나의 재료로만 존재하는 재료 소스(material source)에서 실시되는 경우에만 이 공정을 여기에서 고려되는 공정으로 이해한다.
공정 분위기로 방출시키기 위한, 고체상에서 서로 다른 재료를 갖는 2개 또는 그 이상의 소스가 존재하는 경우, 각 재료의 또는 각 재료를 통한 상응하는 코팅 공정 및 방출공정이 진공 처리 공정으로 간주된다. 이런 경우 2개 및 그 이상의 처리 공정이 동시에 실시된다.
분포가 각각 기판의 표면에 대해 수직인 절단면을 갖는 경우, 현재에도 마그네트론 스퍼터링 증착법으로 코딩된 기판 표면에서 양호한 층두께 분포를 달성한다. 하지만 양호한 내지 매우 우수한 각각의 전술한 절단면에서, 즉 절단면 별로 비교할 경우, 2차원적 표면 상의 층두께 분포로서는 만족할 만한 분포가 아니라는 것을 알 수 있다. 예를 들어 스퍼터링 방식으로 코팅된 원형의 기판에서, 기판 주변을 따라 층 두께를 측정할 경우, 복수의 사용목적에 적용할 수 없는 불량한 분포가 나타난다. 본 발명의 목적은, 진공 처리 공정으로 처리된 표면을 갖는 기판의 제조 방법을 제안하는 것이데, 이런 방법에서는 표면이 처리 결과물의 규정된, 2차원적 평면분포를 갖는다.
본 발명에 따른 해결방법은 다음과 같다:
- 국부적으로 불균질한 밀도분포를 갖는 플라즈마 방전을 형성하고,
- 불균질하게 밀집 분포된 플라즈마 방전의 효과에 기판을 노출시키며,
- 다음을 통해 처리 결과물의 분포를 형성한다.
- 불균질한 밀도분포 및 기판의 규정된 상대적 동작의 형성,
- 방전에 필요한 전기적 출력 및/또는 경우에 따라 존재하는 다른 전기적 시그널, 즉 기판을 바이어스와 연결하는 신호의 규정된 시간적 변화의 형성,
- 전술한 변화 및 전술한 동작의 조정.
가능한 한 균질한 밀집 분포된 플라즈마 방전을 지향하는, 일반적으로 기대하는 것과는 달리, 예를 들어 처리 결과물의 규정된 균질한 평면 분포를 달성하기 위해, 국부적으로 다른 구역에 비해 현저히 높은 플라즈마 밀도를 갖는 플라즈마 방전이 지향된다. 불균질한 밀도분포 및 출력변화의 상대적 운동의 선별적 조정을 통해 기판 표면에서 처리 결과물의 평면 분포가 조정된다.
따라서 2가지 변수, 즉 전술한 동작 및 전술한 시간적 변화는 이에 따라 변하는 함수 “처리 결과물 분포”의 조정해야 하는 독립적 값 또는 변수로서 투입된다.
본 특허의 동일한 출원인이 출원한 EP 1 254 970에서는 다음과 같은 사항이 공지된다.
어떤 마그네트론 스퍼터링 장치에서는 서로 상이한 재료가 공정 대기로 방출된다. 서로 다른 재료로 이루어진 타겟 부분이 각각 하나의 소스(source)를 형성하며, 이 소스에서 각 재료가 공정 분위기로 방출된다. 이때 타겟 부분에 의해 형성된 각 고체 소스는 공동의 마그네트론 장치에서 운전된다. 서로 다른 재료를 갖는 양측 소스에서 단 하나의 마그네트론 장치를 이용해 각각의 스퍼터링 비율을 조정하기 위해, 마그네트론 장치의 자기장이 기판에 대해 상대적으로 제공된 타겟 부분 위를 움직이고, 타겟 재료에 따라서 양측 소스 상으로의 자기장 동작과 함께 시간에 따라 스퍼터링 출력도 변경된다. 따라서 양측 소스의 서로 상이한 스퍼터링 특성을 하나의 마그네트론 장치에서 가장 간단하게 조정할 수 있다.
바람직한 실시변형에서는 플라즈마 방전이 적어도 하나의 구간에서 뚜렷하게 구분되는 밀도 최대값을 형성한다.
제1 실시형태에서 규정된 상대적 동작의 형성은, 방전이 이루어지는 진공챔버에 대해 기판을 움직임으로써 실현된다. 여기에서는 불균질하게 밀집 분포된 플라즈마 방전의 밀도 최대 위치 및 밀도 최소 위치가 챔버에서 고정적으로 유지되거나 또는 챔버에서 움직일 수도 있다.
하지만 바람직한 실시형태, 더욱 바람직하게는 기판이 고정적으로 유지되는 실시형태에서는, 규정된 상대적 운동이 진공챔버에 대한 불균질한 밀도분포의 동작을 통해 형성된다.
본 발명에 따른 제조 방법의 다른 바람직한 실시형태에서는 불균질한 밀도분포가 자기장을 통해 적어도 함께 형성된다.
특히 바람직한 실시형태에서는, 방전이 이루어지는 챔버 내에서 마찬가지로 불균질한 자기장 분포가 움직이는 것을 통해, 불균질한 플라즈마 밀도분포의 상대적 동작을 실현하는 간단한 방법이 제공된다.
플라즈마 방전은 DC, AC, DC와 중첩된 AC 또는 Hf를 통해 발생된다. 이에 상응하게 DC, AC, DC와 중첩된 AC 또는 Hf를 통해 기판이 바이어스와 연결될 수 있으며, 이 경우 바람직하게도 플라즈마 방전을 운전하는 전기적 신호의 변형에 추가적으로 이 바이어스 신호가 규정된 시간에 따라 변한다. 이런 상관관계에서 AC 신호의 시간적 변화란 그 각도 변화 및 진폭변화, 즉 그 변조를 의미한다.
본 발명에 따른 방법의 가장 바람직한 실시형태에서는 진공 처리 공정이 마그네트론 스퍼터링 공정으로 형성되며, 규정된 상대적 동작은 적어도 규정된 마그네트론 터널 자기장, 즉 타겟 스퍼터 면의 동작을 통해 실현된다.
마그네트론 스퍼터링 방법에서는, 자속을 통해 하나 또는 복수의 자속 패턴을 형성하는 자기장이 타겟의 스퍼터 면을 통해 발생되는 것이 알려져 있는데, 아 자속은 스퍼터면에서 나와, 다시 스퍼터면에 유입되기 위해, 타겟면에 거의 평행한 구간을 진행한다.
자속이 스퍼터면에 대해 평행하게 진행하는 자속의 구간에서 잘 알려진 효과, 즉 전자 함정 효과에 의해 플라즈마 밀도가 증가된 호스 형태의 구간이 형성된다. 더욱 증가된 플라즈마 밀도를 갖는 이 구간에서는 스퍼터면이 부식이 더 신속하게 이루어지며, 이로 인해 마그네트론 스퍼터링과 관련해 잘 알려진 침식홈(erosion trench)이 형성된다. 이때 타겟 재료의 활용을 개선하기 위해, 주로 타겟의 하단에 가동적 마그네트론 장치를 배치함으로써, 스퍼터링 증착 중에 자속 패턴을 스퍼터면을 따라 움직이는 방법이 알려져 있다.
따라서 마그네트론 스퍼터링을 본 발명의 방법에 따라 진행하는 것이 매우 바람직한데, 그 이유는 본 발명에서는 기판을 기준으로 불균질한 플라즈마 분포를 움직이는 수단이 이미 제공되기 때문이다.
원칙적으로 기판을 기준으로 플라즈마의 국부적 밀도분포의 상대적 운동은 진공 챔버 외부 및/또는 내부에서 자기장 발생장치를 기계적으로 동작시킴으로서 실현된다.
이런 장치는, 예를 들어 전자석, 코일장치, 예를 들어 헬름홀쯔 코일, 편향 코일, 마그네트론에서는 타겟 하단에서 회전동작 또는 x, y 동작이 선형 및 상호 영향 하에서 이루어지는 마그네트론 장치에 의해 실현된다. 기계적 동작 대신, 고정적으로 설치된 코일장치의 제어식, 시간가변적 구동을 통해 자기장이 전기적으로도 전기적으로 동작될 수도 있다. 자기장 발생기의 기계적 동작 및 추가적으로 기계적 구동도 가능한, 코일의 시간 가변적 구동을 조합적으로 적용할 수 있다.
현재에서 실현 가능성의 측면에서, 기판을 동작시키는 것이 그리 바람직하지 않다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는 규정된 상대적 동잘 및 규정된 시간적 변화가 주기적으로 형성되며 그 상관관계는 동기화를 통해 형성된다. 또한 형성되는 각각의 주기성을 동일하게 조정할 필요는 없다. 전술한 시간적 변화 및 전술한 상대적 운동의 주기가 서로 다를 수 있으며, 하나의 주기는 다른 주기의 정수의 배수이거나 또는 다른 주기는 정수가 아닌 것을 통해 주기가 서로 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시형태에서는 방전에 의해 고체가 처리 분위기로 방출된다. 또한 전술한 분위기로 반응성 가스가 주입된다. 반응성 가스의 성분과 고체 사이의 결합비의 표면상에서의 분포가 처리 결과로서 조정된다.
반응성 가스가 포함된 처리 분위기로 예를 들어 고체로서 금속이 방출되는 경우, 표면에 증착되는 결합재료의 화학양론비의 분포가, 달성되어야 하는 처리 결과로서 조정된다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시형태에서는, 처리 결과가 전술한 표면의 코팅이다. 하지만 처리 결과가 또한 처리 표면의 식각일 수도 있는데, 양측, 코팅 또는 식각이 반응성 또는 비반응성일 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 실시형태에서는, 처리 종료 전에 처리 중간 결과를 측정하며, 목표 처리중간결과와 비교하고 비교 결과의 함수로서 규정된 상대적 동작 및/또는 시간적 변경이 조절된다. 이때 전술한 측정은, 더욱 바람직하게도 진공 중단 없이 실시된다. 이때 기판은 진공에서 다른 위치로 운반될 수 있는데, 예를 들어 처리 분위기에서 측정 분위기로 운반될 수 있으며, 전술한 측정이, 더욱 바람직하게는 현장에서 기판 처리 중에, 즉 처리 공정 분위기에서 실시된다. 이 경우 더욱 바람직하게는 측정 결과가 측정된 제어변수로서 제어회로에 제공되는데, 이 제어회로는 규정된 상대적 동작 및/또는 시간적 변경을 처리 결과 조절을 위한 조절변수로서 제공한다.
특히 제안된 방법은 음향표면파의 원리로 작동하는 또는 "벌트음파(bulk acoustic waves)"의 원리로 작동하는 부품의 제조에 적합하다.
특히 본 발명에 따른 제조 방법을 실시하기 위한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 챔버는 청구항20에 명시되며, 이것의 바람직한 실시형태는 청구항21 및 청구항22에 명시된다.
다음에서는 예제로서 도면을 근거로 본 발명을 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 제조방법을 실시하기 위해 투입된 본 발명에 따른 처리 챔버에 대한 개략적 도면으로서, 이 챔버는 본 발명의 원리를 설명하기 위해서도 사용된다.
도2는 본 발명에 따라 불균질한 밀집 분포된 플라즈마에서 움직이는 기판을 개략적으로 도시만 정면도이다.
도3은 기판과 플라즈마의 불균질한 밀도분포 사이에서의 동작 진행에 대한 예제 및 플라즈마에 제공되는 전기적 출력의 시간적 진행을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명에 따른 처리 챔버의 개략적인 종단면도로서, 이 챔버에서 본 발명에 따른 방법이 마그네트론 스퍼터링 증착법에 따라 실현된다.
도5는 기판 처리 중에 발생하는 처리 결과물에 대한 현장 측정 및 제어되는 방법으로서 본 발명에 따른 방법의 안내를 개략적으로 도시한 도면이다.
도6은 다음에 설명되는 시험에 투입되는 도4에 따른 설비에서의 마그네트론-마그네트론 장치의 배치에 대한 정면도이다.
도7 내지 도13은 본 발명에 따라 투입되는 조절 변수의 다양한 조절값에서 층두께 분포의 형태로 달성된 처리 결과물의 분포를 나타낸다.
도14는 본 발명에 따라 달성된 층 틸팅의 개략적 도시이다.
도1에는 본 발명에 따른 제조방법 및 본 발명에 따른 처리 챔버의 기본원리를 도시된다.
선택 스위치(3a)와 함께 도식적으로 도시된 바와 같이, 접지 또는 경우에 따라 다른 기준전위(Φ1)와 전기적으로 연결되는 진공 챔버(1)에는 플라즈마 방전구간(5)이 제공되는데, 이 플라즈마 방전구간은 전극(5a) 및 전극(5b)을 통해 도식적으로 도시된다. 플라즈마 방전구간(5)은 발전기(7)를 통해 전기적으로 운전되는데, 이 발전기는 직류 발전기, 교류 발전기, 직류+교류 발전기 또는 Hf 발전기일 수 있다. 물론 전극(5a, 5b)은 제공된 플라즈마 방전유형에 상응하는, 전문가들 사이에 일반적으로 알려진 형태를 가질 수 있다.
도시된 선택 스위치(3b)에서 알 수 있듯이, 사용목적에 따라 발전기(7)가 전기적으로 접지전위 또는 다른 기준전위(Φ2)에 연결될 수 있으며, 물론 기준전위(Φ1)도 선택할 수 있다.
발전기(7)는 변조 입력(7MOD)을 갖는데, 원칙적으로 여기에서는 구간(5)에 제공되는 전기적 신호(E5)가 DC값 및/또는 위상 및/또는 진폭 및/또는 시간진행과 관련해 시간단위로 변조된다.
불균질한 밀집 분포된 플라즈마가 발생되도록, 플라즈마 방전구간(5)이 형성된다. 예를 들어 최대 밀도가 M인 불균질한 2차원적 플라즈마 분포(ρPL)가 도1에 도시된다. 기판(9)을 기준으로 플라즈마 분포(ρPL)는 주어진 동작을 실행할 수 있 다. 국부적으로 플라즈마 밀도를 증가시키고(예를 들어 가동성 플라즈마빔) 이로서 불균질한 플라즈마 분포를 제공하고 동작시키는 것과 관련해 다른 조치가 전문가들 사이에 알려져 있지만, 도1에는 자기장을 통해 실현하는 방법이 도시된다. 이를 위해, 예를 들어 동작 제어가 가능한 코일장치(L)를 통해 플라즈마에서 국부적으로 자기장()이 형성된다. 방전구간(5)에서의 자기장 분포는, 도1에 도시된 모터 구동장치(13)에 의한 코일장치(L)의 기계적 동작을 통해 움직인다. 코일장치(L)의 구동장치(13)에 의해 이루어지는 동작은 구동장치(13)의 제어입력(13SX, 13SY)에서 각각 x 방향 및 y 방향으로 제어된다. 본 발명의 핵심은 기판 서포트 또는 기판(9)을 기준으로 플라즈마의 불균질한 밀도분포(ρPL)가 지정된 동작을 하는 것인데, 이것은 플라즈마 구간(5)에서 자기장 분포의 상응하는 지정된 동작에 의해 이루어진다.
플라즈마 방전구간(5)의 전기적 공급신호(E5) 변조에 추가적으로 또는 대신하여 기판 서포트 또는 기판(9)에는 신호 발생기(15)의 도움으로 바이어스에 연결되는데, 원칙적으로 이런 바이어스는 직류, 교류, 직류+교류 또는 Hf 바이어스다. 이것은, 다른 선택 스위치(3c)와 함께 도시된 바와 같이, 접지 전위 또는 다른 기준 전위(Φ3)를 통해 실현된다.
기판 서포트(9)에 바이어스가 제공되는 경우에는, 바람직하게도 발전기(15)가 변조 입력(15MOD)도 가지며, 이미 플라즈마 방전구간(5)의 운전을 위한 신호(E5)와 관련해 설명한 바와 같이, 이 변조 입력에 의해 바이어스 신호가 시간에 대해 변조 또는 변경된다.
부호 설명:
E5: 플라즈마 방전의 전기적 공급 신호(전류 및/또는 전압)
B(x(t), y(t)): 기판을 기준으로 한 분포(ρPL)의 x/y 동작, 약어로 B도 사용됨
E9: 기판 바이어스 신호
E5, B 또는 E9, B가 주기적 신호인 경우에는, 7MOD, 13S 또는 15MOD, 13S에 상응하게 각각의 진폭, 시간적 시그널 진행(펄스, 마름모, 삼각형, 사인파 등) 뿐 아니라 신호 주기 또는 신호 주파수도 조정된다.
도1에서 도시한 바와 같이, 처리해야 하는 기판 표면에 대한 불균질한 플라즈마 밀도분포(ρPL)의 상대적 동작은 챔버(1)에 대한 플라즈마 밀도분포(ρPL)의 밀림 또는 동작을 통해 이루어진다. 물론 경우에 따라 추가적으로 챔버(1)에 대해 기판 서포트 또는 기판(9)을 움직이는 것도 가능하다. 중요한 것은, 처리 시간 동안 전술된 동작을 통해 조정할 수 있는 패턴에 따라서, 기판 표면이 불균질한 플라즈마 밀도분포(ρPL)로 순차적으로 코팅되는 것이다. 전술한 바와 같이, 이와 동시에 방전 전압 또는 방전 전류의 변동이 이루어지며, 제공되는 경우에 한해, 기판에서 시간에 따라 바이어스 전압도 변동된다.
기판에 대한 불균질한 플라즈마 밀도분포(ρPL)의 동작과 관련해 이 동작이 2차원적이라는 점에 유의해야 한다(x, y).
도2는 상당히 도식화된, 기판 서포트(21) 상의 원판형 기판(19)에 대한 정면도이다. 이 도면에는 도1에 따른 공정 챔버(1)가 도시되지 않는다. 이 도면에 도시되지 않은 플라즈마 방전구간에서는, 도2에 도시된 바와 같이 진공 챔버에서 주로 2개의 불균질한 플라즈마 밀도분포(ρPL)를 갖는 플라즈마 방전(PL)이 고정적으로 형성된다. 구동장치(13x, 13y)를 통해 기판 서포트(21)와 함께 기판(19)이 챔버 고정적인 불균질한 밀도분포(ρPL)에 대해 상대적으로 이동한다. 제어 신호(13sx)를 통해 기판 서포트의 x축 동작, 제어 신호(13sy)를 통해 y축 동작이 구동된다.
도3에는 예제로서, 시간(t)에 대한 동작 B(x, y)의 진행 및 E5 또는 E9의 진행이 도시된다. 도3에 도시된 동작(Bx, By)은 동일한 주기로 발생하며, 반면 신호 (E5, E9)는 주기(T'=1/2T)를 갖는다. 주기적 신호에서는, x 방향에서의 동작과 y 방향에서의 동작 사이의 위상 위치 (Δψxy) 또는 E5와, 예를 들어 Bx, ΔψEB 사이의 위상위치와 같은 상호 위상위치가 조정된다. 여기에서 2개 또는 3개의 신호에 대한 위상은 정수 또는 비정수인 합리적인 계수만큼 서로 변위될 수 있다. 이런 신호들이 주기적인 경우에는, 바람직하게도 위상변위(Δψxy, ΔψEB)가 조정되고 신호는 위상고정의 차원에서 동기화된다. 또한 바람직하게도 Bx를 위해 최대값(Bmaxx) 및 최소값(Bminx) 또는 동작행정(motion stroke)(BHx)이 조정되며, 이와 동일하게, 도3에 도시한 바와 같이, y 동작요소를 위해 E5 또는 E9가 조정된다. 또한 도3에서 Bx에 대한 (a)의 진행으로 도시한 바와 같이, 각 신호의 시간진행이 조정된다.
적합한 선택, 특히 전술한 변수 및 그 상호 동조(tuning)의 선택을 통해 본 발명에서는 플라즈마 처리된 기판 표면에서 처리 결과물의 표면 분포가 조정된다.
도1 및 도2에서 도시한 바와 같은 처리방법을 통해, 처리 결과물로서, 기판 표면에서 반응성 식각방법 또는 비반응성 식각방법을 통해 에칭 프로파일이 조정될 수 있다. 또한 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD)에서도 도시한 처리방법을 통해서도, 해당 기판 표면에 증착된 층의 표면 프로파일을 조정할 수 있다. 반응성 방법이나, 또는 PEVCD 방법에서도 일정한 반응가스 분압을 기판 위에서 조정된다. 따라서 도시한 처리방법은, 결과로서 나타나는 증착된 층의 평면적 분포를, 층두께 또는 화학양론비(Stoichiometry)와 관련해, 의도적으로 조절하는 것을 가능케 한다.
설명한 바와 같이, 본 발명의 핵심은 처리해야 하는 기판 표면을 기준으로 비균질한 플라즈마 밀도분포(ρPL)를 이동시키는 것이다.
매우 불균질한 플라즈마 밀도분포는 마그네트론 스퍼터링(magnetron Sputtering)에 사용되는데, 이 방법에서는 터널 형태의 자기장 루프를 따라 타겟 스퍼터 면 상단에 높은 플라즈마 밀도의 구간에 형성된다. 서문에서 설명한 바와 같이, 마그네트론 스퍼터링에서는, 특히 타겟 재료의 활용도를 높이는 측면에서, 예를 들어 타겟 하단에서 가동적인 마그네트론 장치의 배치를 통해 터널 구간 및 이로서 불균질한 플라즈마 밀도분포를 움직이는 것이 일반적이다. 또한 마그네트론 스퍼터링은 본 발명에 따른 처리방법에 매우 이상적이다. 마그네트론 방전은 DC, AC 중첩된 AC+DC 또는 Hf로 운전할 수 있다. 또한 반응성 마그네트론 스퍼터링 또는 비반응성 마그네트론 스퍼터링일 수 있다.
또한 서문에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다음과 같은 요구를 충족시킨다. 이런 요구는 마그네트론 스퍼터링 코팅기술에서 나타나며, 도1, 도2 및 도3에서 설명한 바와 같이 기판 표면을 따라 플라즈마 처리의 효과분포 또는 결과물 분포를 조정하는 것이다.
도4에는 마그네트론 스퍼터링 코팅 챔버의 형태인, 본 발명에 따른 진공 처리 챔버가 도시되는데, 이 진공 처리 챔버에서 본 발명에 따른 제조방법이 실시된다. 진공 챔버(30)는 펌프 장치(32)를 통해 진공분위기가 된다. 타겟 백플레이트(target back plate)(44) 상에서 스퍼터링 재료로 이루어진 타겟(33)이 부착된다. 진공 챔버(30) 밖에 있는 타겟 백플레이트(44) 후단에는 마그넷 시스템(35)이 배치된다. 예를 들어 이 시스템은, 도6에 도시한 바와 같이 정면에서는 예를 들어 신장의 형태를 갖는 영구자석(40) 장치를 포함하며 중앙축(A)를 중심으로 회전 구동되는 마그네트 서포트 플레이트(36)를 갖는다. 경우에 따라서는 자석장치의 자석(40)이 구동될 수 있으며, R로 도시한 바와 같이 축(A)을 중심으로 그 회전동작(ω)에 추가적으로 방사상 방향으로도 이동될 수 있다. 도식적으로 H로 도시한 바와 같이 자석장치(40)를 통해 매우 불균질한 자기장이 기판(45)에 대해 기판 서포트(43)에서 움직인다.
제어 입력(37s)을 갖는 모터에 의해 발생한, 자석장치(40)의 회전동작은 검축기장치(37)를 통해 스캐닝된다. 검출기장치(37)의 스캐닝 펄스(I)는 유닛(41)에서 시간지연(τ) 조정가능하며, 출구측의 시간지연된 펄스 I(τ)는 예를 들어 사인파 형태인 시그널(E5)을 트리거링 또는 동기화한다. 따라서 도3에서 설명된 τΔψEB가 지정된다. 발전기(38)의 다른 제어 입력(37s)에서는 E5의 사인파 형태의 시그널 부분에 대한 행정(stroke)이 조정된다.
부호 42로 도시한 바와 같이, 작업가스, 바람직하게는 아르곤을 위한 가스관이 처리 챔버(30)로 연결되며, 바람직하게는 부호 50으로 도시된 가스 스프링클러를 통해 필요 시 동일한 가스를 공급을 공급하여, 반응성 마그네트로 스퍼터링을 위해 반응성 가스가 공정실로 유입된다.
기판(45) 상단에 적어도 거의 동일하게 분포된 반응가스 분압이 형성되면, 기판 표면에서 불균질하게 밀집 분포된 마그네트론 플라즈마의 동작 조정 및 플라즈마 방전출력(E5)의 시간 조정을 통해 층의 조성의 분포 또는 층두께 분포를 조정할 수 있다.
도5에 의거하여 본 발명에 따른 방법을 실시하는 중에, 현장에서 예를 들어 엘립소메트리(Ellipsometry)와 같은 측정장치(51)를 이용하는 전기 저항측정, 고정적 또는 가동적 센싱부재가 이용되는 광학적 반사방법 등을 통한 프로파일 측정을 통해, 기판(54) 표면 상에서의 처리 결과물의 분포를 측정했다. 측정 결과물(x)은 디퍼런스 유닛(difference unit)(56)에서 표준 결과물 분포(W)와 비교된다. 여기에 서는 현재 측정을 통해 측정된 결과물 분포와 이미 실시된 처리 시간에 대해 2차원적으로 기준이 되는 목표 분포에 대한 비교가 이루어진다. 실제 분포(X)와 목표 분포(Y) 사이의 편차는 연산 유닛(R)을 통해 입력 신호(58s)로서 플라즈마 방전을 위한 발전기 유닛(58) 및/또는 기판 표면을 기준으로 불균질한 플라즈마 밀도분포(ρPL)를 움직이게 하는 가이드 유닛(60)에 제공된다. 발생에 직접 영향을 미치는 처리 효과에 대한 이런 방식의 현장 제어 대신, 규정된 또는 설정할 수 있는 처리 시간 단계 후에 진공 조건을 유지하면서 기판을 처리 챔버에서 측정 챔버로 이동키고, 여기에서 중간 결과물로서 이때까지 도달된 처리 결과물 또는 그 분포를 측정하고, 기판을 다시 처리 챔버로 이동시켜 여기에서 불균질한 플라즈마 분표 및 플라즈마 방전출력(E5)과 관련해 상응하게 적응된 변수로 공정을 개재하는 것도 가능하다.
다음에서는, 도5에 도시한 원리에 따라 작동하는 설비에서 마그네트론 스퍼터링 원리로 진행된, 본 발명에 따른 제조 방법으로 달성된 결과물에 대해 소개한다.
시험 구도:
- 처리 챔버: CLC 200 BB281100 x
- 진공 펌프: Cryo CTI Cryogenics PJ9744445
- 마그네트론 자석 시스템: MB 300DK ALN02
- DC 전원장치: Pinnacle (Advanced Energy 사), ad cup 10 kW M/N 3152436-100A으로 보완됨
- 층두께 기록: Spectral Ellipsometer WVASE M-2000F, 버전 3.333
- 기판: 6인치 실리콘 웨이퍼
- A1N을 갖는 질소 포함 분위기 내에서 알루미늄 타겟에서 마그네트론 스퍼터 코딩
- 방전 출력의 평균값: E5, = 8 kW
- 출력 변조 형태: 사인파
- 출력 변조 주파수: 5.95 Hz
- E5의 출력 변조를 통한 도4에 따른 마그네트론 장치 회전동작 ω의 조정가능한 위상고정.
- E5의 조정 가능한 변조 행정
도6에는 일정한 회전속도(ω)로 구동된 마그네트론 장치의 자석 시스템에 대한 정면도가 도시된다.
도7에는 6인치 기판에서 처리 결과물, 즉 A1N 코팅을 갖는 반응성 마그네트론 스퍼터링 증착의 평면 분포가 도시된다. 기준 예제로서 방전 출력(E5)의 변조가 없이 진행되었다.
고정된 위상(ΔψEB = 0)의 조건에서 5.6%의 변조 행정으로 플라즈마 출력(E5)이 변조되었다.
도8은 그 결과물을 나타낸다.
또한 도9에 따른 층두께 분포는 90걋 고정된 위상(ΔψEB)에서 5.6%의 방전출력(E5)의 변조 행정 조건에서 나타났다.
또한 5.6%로 유지된 변조행정 및 ΔψEB = 180걋 위상회전에서 도10에 따른 분포가 나타났다. 또한 위상편차(ΔψEB)를 270갬 증가시킴으로써 도11에 따른 분포를 얻었다. 일정하게 유지되는 변조 행정에서 위상위치가 ΔψEB = 195갬 최적화되었다. 이 결과는 도12에 도시된 분포이다.
도13에 따른 분포를 얻기 위해, 도12에서 일정하게 유지된 위상위치 ΔψEB = 195°에서 이제 변조 행정이 5.6%에서 8.7%로 증가되었다.
우선 위상최적화, 그 다음 변조행정 최적화를 실시하는 순서에서 다음을 알 수 있었다. 본 발명에 따라, 불균질한 밀집 분포된 플라즈마와 플라즈마 방전 공급신호의 시간적 변화 사이의 동작을 조정함으로써 의도한 평면적 효과분포, 즉 여기에서는 층의 두께를 달성할 수 있다. 그 예로서 도13에 따른, 의도한 방위상(azimuthal) 및 방사상의 가능한 한 균질한, 즉 동일한 형상의 층두께 분포가 달성된다.
도14에는 지금까지와는 다른 관점의, 본 발명의 주요 적용분야가 도시된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 달성된 처리 결과물의 분포가 층두께의 분포이다. 도14에는 평평한 기판의 표면(T) 상에서, 본 발명의 방법에 따라 층이 증착되는데, 이 층은 표면(T)를 따라 두께(d)의 분포 및 표면(S)을 포함한다. 기판의 평 평한 표면(T)에서 위치(x0/y0)에 좌표 시스템(xT/yT 및 zT)을 적용하면, z축은 이 위치에서 평면에 대해 수직 방향(NT)을 갖는다. 층표면(S)에서 이제 본 발명에 따라 동일한 위치(x0/y0)에서 평면 수직(NS)이, 위치(x0/y0)의 표면(S)에서 좌표 시스템에 상응하게 평면 수직(NT)에 대해 공간적으로 틸팅된다. 대개 평평한 기판 표면(T) 또는 일반적으로 평평하지 않는 표면(T)에 대한 층표면(S)의 틸팅은 층의 틸팅이라 불린다. 본 발명의 주요 적용 분야는 주어진 비율에 따라 층의 틸팅을, 경우에 따라서는 기판 표면(T)를 따라 국부적으로 상이하게, 공간적으로 배치하는 것이다. 본 발명에서 지향하는 층의 틸팅은 적어도 표면(T)의 구간에서는 제로일 수 있고, 이 경우 방향(NS)과 방향(NT)이 서로 일치한다.

Claims (22)

  1. 진공 용기(a vacuum recipient) 내에서 단일의 진공 처리 공정에 의해 처리된 표면을 가지는 기판의 제조방법으로서, 상기 표면은 단일의 소스(a single source)에서 단일의 물질(a single material)을 공정 분위기 내로 방출하여 코팅하거나, 또는 기판 표면에서 물질을 제거하거나, 또는 기판 표면에서 물질을 변화시키는 상기 진공 처리 공정의 결과에 의해 소정의 2차원 분포(a desired two-dimensional distribution)를 가지며, 상기 제조방법은 국부적으로 불균질한 플라즈마 밀도 분포를 갖는 플라즈마 방전을 생성하고, 상기 기판은 상기 용기 내에서 고정되며, 상기 기판에 대하여 상기 플라즈마 밀도 분포의 규정된 이동(predetermined movement)을 형성하고, 적어도 하나 이상의 상기 플라즈마 방전용 전원의 규정된 시간적 변화의 추가적인 적용 및 상기 기판에 대한 전기적 바이어스 신호의 규정된 시간적 변화의 추가적인 적용에 의하여 상기 처리 공정 결과인 소정의 분포를 형성하고, 상기 시간적 변화 및 상기 규정된 이동의 조합에 의하여 상기 소정의 2차원 분포를 형성하는 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 방전이 적어도 하나의 구역에서 최대 플라즈마 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 불균질한 플라즈마 밀도분포를 제공하는 것은 자기장을 적용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자기장 분포가 상기 용기 내에서 국부적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 전원 및 바이어스 신호는 DC, AC, DC와 중첩된 AC 또는 Hf를 포함하는 것을 특징으로 기판의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 진공 처리 공정이 마그네트론 스퍼터링 공정이며 상기 규정된 이동이 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면에 대하여 터널-형상의 마그네트론 자기장이 이동하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 규정된 이동 및 규정된 시간적 변화가 각각 주기적으로 형성되며 서로 동기화되는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용기의 공정 분위기 내로 고체 물질이 방출되며, 반응성 가스가 상기 공정 분위기 내에 주입되고, 상기 고체 물질과 반응성 가스의 반응 결과물 내에서 상기 고체 물질 및 상기 반응성 가스 성분의 비율이 상기 기판 표면을 따라서 조절되는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 처리 결과가 상기 표면의 코팅인 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서, 처리 결과가 상기 표면의 식각인 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서, 처리 공정 종료 전에 처리 중간 결과를 측정하며, 목표 처리중간결과와 비교하고, 후속 처리 공정 동안에 상기 규정된 이동 및 상기 시간적 변화의 적어도 하나가 조절되는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 처리 중간 결과의 측정이 진공 중단없이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 측정이 현장에서 기판 처리 중에 이루어지며, 측정 결과가 측정된 제어변수로서 제어회로에 제공되는데, 이 제어회로는 규정된 상대적 동작 또는 시간적 변경을 처리 결과 조절을 위한 조절변수로서 제공하는 것을 특징으로 하는 기판의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 기판의 규정된 표면 영역을 따라 소정의 코팅 두께 분포를 가지는 코팅된 기판을 제조하기 위한 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항, 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  19. 음향표면파(SAW)의 원리 또는 "벌트음파(BAW, bulk acoustic waves)"의 원리로 작동하는 부품을 제조하기 위한 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항, 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
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